近些年来,水声通信技术得到了快速发展,由于声信号传播速率低,通信机相对运动等问题,水声通信存在明显的载波频率偏移（CFO）。CFO会使信号发生频率和相位的偏移,影响水声信号的恢复,降低通信质量,因而准确估计水声通信中存在的CFO并对其进行补偿,对于正确恢复信号,实现高质量的通信十分重要。由于水下可用于信号传输的频带有限,为了提高频带利用率,需要用到频带复用技术。正交频分复用（OFDM）是目前最常用的复用技术,其利用多个互相正交的子载波调制信号,每个子载波的频率是恒定的。正交线性调频复用（OCDM）是近年来最新出现的一种复用技术,其利用多个互相正交的线性调频信号（chirp）进行调制,每个chirp的频率是随时间线性变化的。OCDM在保护间隔（GI）长度不足的情况下的抗干扰特性以及其良好的频率分集增益特性,使其在GI长度不足以及信道具有频域零点的通信场景下具有独特的优势。OFDM和OCDM的调制解调基础都是调制波之间的正交性,而CFO会破坏其正交性,对其传输产生较大影响。为了克服CFO对信号传输的影响,本文以OFDM和OCDM水声通信系统的CFO估计为主要研究内容,设计了新的CFO估计算法。本文针对水声信道的特点进行信道建模,然后利用该信道进行OFDM和OCDM的CFO估计系统的建模。本文利用导频BER的和导频MSE的特性,对传统的一维搜索算法进行改进,利用导频BER导频MSE分别实现CFO的粗估计和细估计。最后对估计方法进行仿真验证,所提方案提高了估计精度,降低了均方根误差和误码率,证明了算法的性能提升和可行性。为了满足水声通信实验的需要,本文设计和制作了一款水声通信实验平台。我们分别在泳池和人工湖进行了信号传输的实验,实现了OFDM和OCDM信号的实际传输,并对CFO估计算法进行了验证。本文的主要贡献是设计了新的CFO估计算法,并且首次同时实现了OCDM的信道估计和CFO估计。